La gaine ou gaine extérieure est la couche protectrice la plus externe de la structure du câble optique, principalement composée de matériau de gaine PE et de matériau de gaine PVC, et un matériau de gaine ignifugé sans halogène et un matériau de gaine résistant au cheminement électrique sont utilisés dans des cas particuliers.
1. matériau de gaine PE
PE est l'abréviation de polyéthylène, un polymère obtenu par polymérisation de l'éthylène. Le matériau de gaine en polyéthylène noir est fabriqué en mélangeant et en granulant uniformément de la résine de polyéthylène avec un stabilisant, du noir de carbone, un antioxydant et un plastifiant dans des proportions précises. Les matériaux de gaine en polyéthylène pour câbles optiques se classent en différentes catégories selon leur densité : polyéthylène basse densité (PEBD), polyéthylène linéaire basse densité (PEBDL), polyéthylène moyenne densité (PEMD) et polyéthylène haute densité (PEHD). Leurs propriétés varient en fonction de leur densité et de leur structure moléculaire. Le polyéthylène basse densité, également appelé polyéthylène haute pression, est obtenu par copolymérisation de l'éthylène sous haute pression (supérieure à 1 500 atmosphères) à une température de 200 à 300 °C, en présence d'oxygène comme catalyseur. De ce fait, sa chaîne moléculaire présente de nombreuses ramifications de longueurs variables, un degré élevé de ramification, une structure irrégulière, une faible cristallinité, ainsi qu'une bonne flexibilité et une bonne élongation. Le polyéthylène haute densité (PEHD), également appelé polyéthylène basse pression (PEBP), est obtenu par polymérisation de l'éthylène à basse pression (1 à 5 atmosphères) et à une température de 60 à 80 °C, en présence de catalyseurs à base d'aluminium et de titane. Grâce à sa distribution granulométrique étroite et à l'organisation ordonnée de ses molécules, le PEHD présente d'excellentes propriétés mécaniques, une bonne résistance chimique et une large plage de températures d'utilisation. Le polyéthylène moyenne densité (MDD) est fabriqué soit par mélange de PEHD et de PEBP dans des proportions appropriées, soit par polymérisation de l'éthylène et du propylène (ou du 1-butène). Ses performances se situent ainsi entre celles du PEHD et du PEBP : il combine la flexibilité du PEBP et l'excellente résistance à l'usure et à la traction du PEHD. Le polyéthylène linéaire basse densité (BLD) est polymérisé en phase gazeuse ou en solution à basse pression, à partir d'éthylène et d'une 2-oléfine. Le degré de ramification du polyéthylène linéaire basse densité se situe entre celui du polyéthylène basse densité et celui du polyéthylène haute densité, ce qui lui confère une excellente résistance à la fissuration sous contrainte environnementale. Cette résistance est un indicateur essentiel de la qualité des matériaux en polyéthylène. Elle correspond au phénomène de fissuration d'une éprouvette soumise à une contrainte de flexion en présence d'un tensioactif. Les facteurs influençant cette résistance comprennent la masse moléculaire, sa distribution, la cristallinité et la microstructure de la chaîne moléculaire. Plus la masse moléculaire est élevée, plus sa distribution est étroite et plus les liaisons entre les chaînes sont nombreuses, meilleure est la résistance à la fissuration sous contrainte environnementale et plus longue est la durée de vie du matériau. La cristallinité du matériau influe également sur cette résistance : plus elle est faible, meilleure est la résistance à la fissuration sous contrainte environnementale. La résistance à la traction et l'allongement à la rupture du polyéthylène constituent d'autres indicateurs de performance et permettent de prédire la durée de vie du matériau. La teneur en carbone des matériaux PE permet de résister efficacement à l'érosion par les rayons ultraviolets, et les antioxydants permettent d'améliorer efficacement les propriétés antioxydantes du matériau.
2. Matériau de la gaine en PVC
Le PVC ignifugé contient des atomes de chlore qui brûlent au contact d'une flamme. Lors de sa combustion, il se décompose et libère une grande quantité de chlorure d'hydrogène (HCl), un gaz corrosif et toxique, susceptible de provoquer des dommages secondaires. Cependant, il s'éteint de lui-même lorsqu'il est éloigné des flammes, ce qui lui confère la caractéristique de ne pas propager le feu. Par ailleurs, la gaine en PVC présente une bonne flexibilité et une grande extensibilité, et est largement utilisée dans les câbles optiques d'intérieur.
3. Matériau de gaine ignifuge sans halogène
Le polychlorure de vinyle (PVC) produisant des gaz toxiques lors de sa combustion, un matériau de gaine ignifuge propre, non toxique, à faible émission de fumée et sans halogène a été mis au point. Ce matériau est obtenu par l'ajout d'ignifugeants inorganiques tels que l'hydroxyde d'aluminium (Al(OH)₃) et l'hydroxyde de magnésium (Mg(OH)₂) aux matériaux de gaine ordinaires. Ces ignifugeants libèrent de l'eau cristalline au contact du feu et absorbent une grande quantité de chaleur, empêchant ainsi l'élévation de la température du matériau et la combustion. L'ajout d'ignifugeants inorganiques aux matériaux de gaine ignifuges sans halogène augmente la conductivité des polymères. Par ailleurs, les résines et les ignifugeants inorganiques sont des matériaux biphasiques distincts. Lors de la transformation, il est essentiel d'éviter un mélange hétérogène des ignifugeants. Ces derniers doivent être ajoutés en quantités appropriées, car un dosage excessif réduit considérablement la résistance mécanique et l'allongement à la rupture du matériau. L'indice d'oxygène et la concentration de fumée sont des indicateurs permettant d'évaluer les propriétés ignifuges des matériaux sans halogène. L'indice d'oxygène correspond à la concentration minimale d'oxygène requise pour que le matériau assure une combustion équilibrée dans un mélange gazeux d'oxygène et d'azote. Plus cet indice est élevé, meilleures sont les propriétés ignifuges du matériau. La concentration de fumée est calculée en mesurant la transmittance d'un faisceau lumineux parallèle traversant la fumée générée par la combustion du matériau dans un espace et une longueur de trajet optique donnés. Plus la concentration de fumée est faible, plus les émissions de fumée sont réduites et meilleures sont les performances du matériau.
4. Matériau de gaine résistant aux marques électriques
Dans les systèmes de communication électrique, on observe une augmentation du nombre de câbles optiques autoportants multisupports (ADSS) installés sur les mêmes pylônes que les lignes aériennes à haute tension. Afin de contrer l'influence du champ électrique induit par la haute tension sur la gaine des câbles, un nouveau matériau de gaine résistant aux rayures électriques a été mis au point. Ce matériau est élaboré grâce à un contrôle rigoureux de la teneur en noir de carbone, de la taille et de la distribution des particules, ainsi qu'à l'ajout d'additifs spécifiques, lui conférant ainsi d'excellentes performances en matière de résistance aux rayures électriques.
Date de publication : 26 août 2024